3D打印技術(shù)之FDM（熱熔堆積固化成型法）

來源：互聯(lián)網(wǎng) | 責(zé)任編輯：傳說的落葉 | 發(fā)布時間： 2013-04-09 15:35 | 瀏覽量：

FDM，熱熔堆積固化成型法（Fused Deposition Modelin）

FDM技術(shù)是由Stratasys公司所設(shè)計與制造，F(xiàn)DM技術(shù)利用ABS，polycarbonate(PC)，polyphenylsulfone (PPSF)以及其它材料。這些熱塑性材料受到擠壓成為半熔融狀態(tài)的細(xì)絲，由沉積在層層堆棧基礎(chǔ)上的方式，從3D CAD資料直接建構(gòu)原型。該技術(shù)通常應(yīng)用于塑型，裝配，功能性測試以及概念設(shè)計。此外，F(xiàn)DM技術(shù)可以應(yīng)用于打樣與快速制造。

FDM 術(shù)語

WaterWorks(水溶性支撐): 可以分解于堿性水溶劑的可溶解性支撐結(jié)構(gòu)。
Break Away Support Structure (BASS) (易剝離性支撐): 水溶性支撐的前身，需要手動剝離工件表面的支撐。
Tip(噴嘴): 擠壓成型用的噴嘴。噴嘴提供各種不同的孔徑讓使用者選擇。
Road(線材):在噴嘴的單一路徑中所擠壓成型的材料。可由噴嘴尺寸與材料進(jìn)幾率控制。

工程材料屬性

致力于工業(yè)需求，符合這些預(yù)期用來生產(chǎn)的材料的材料屬性非常重要，這也是FDM技術(shù)最重要的強(qiáng)項(xiàng)之一。當(dāng)Stratasys公司制造用于FDM技術(shù)的所有材料，每一項(xiàng)都是從商業(yè)上可用的熱塑性樹脂來生產(chǎn)。

ABS 所有的FDM系列產(chǎn)品都提供ABS作為材料選項(xiàng)，而接近90%的FDM原型都是由這種材料制造。使用者報告說ABS的原型可以達(dá)到注塑ABS成型強(qiáng)度的80%。而其它屬性，例如耐熱性與抗化學(xué)性，也是近似或是相當(dāng)于注塑成型的工件，其耐熱度為攝氏93.3度。這讓ABS成為功能性測試應(yīng)用的廣泛使用材料。

Polycarbonate 可以在Titan機(jī)型上使用的一種新式RP材料 --polycarbonate –正在快速成長。增加強(qiáng)度的polycarbonate比ABS材料生產(chǎn)的原型更經(jīng)得起力量與負(fù)載。許多使用者相信該材料生產(chǎn)的原型可以達(dá)到注塑ABS成型的強(qiáng)度特性，其耐熱度為攝氏125度。

其它材料: FDM技術(shù)還有其它的專用材料。這些包含polyphenylsulfone、橡膠材質(zhì)以及蠟材。橡膠材質(zhì)是用來作類似橡膠特性的功能性原型。蠟材是特別設(shè)計來建立脫蠟鑄造的樣品。蠟材的屬性讓FDM的樣品可以用來生產(chǎn)類似鑄造廠中的傳統(tǒng)蠟?zāi)！olyphenylsulfone，一種應(yīng)用于Titan機(jī) 型的新工程材料，提供高耐熱性與抗化學(xué)性以及強(qiáng)度與硬度，其耐熱度為攝氏207.2度。

ABS提供六種材料顏色。色彩的選項(xiàng)包含藍(lán)色，黃色，紅色，綠色與黑色。醫(yī)學(xué)等級的ABSi 提供針對于半透明的應(yīng)用，例如汽車車燈的透明紅色或是黃色。

精度和穩(wěn)定性

一般而言，F(xiàn)DM技術(shù)所提供的準(zhǔn)確性通常相等或是優(yōu)于SLA技術(shù)以及PolyJet技術(shù)，且確定優(yōu)于SLS技術(shù)。然而，由于精準(zhǔn)性是取決于許多的因素，所以矛盾的結(jié)果便會發(fā)生在個別的原型上。FDM技術(shù)的精準(zhǔn)性受到較少的變量影響。用SLA，SLS以及PolyJet技術(shù)，尺寸精準(zhǔn)性會受影響的因素有機(jī) 器的校正，操作的技巧，工件的成型方向與位置，材料的年限以及收縮率。

Z軸可能是被證明準(zhǔn)確性最小的。除了先前所討論的變化之外，原型的高度可能由于層厚整數(shù)誤差而改變。對所有的RP系統(tǒng)而言都是這樣的。任何特征的表面頂端或是底端無法對齊成為一層時，在軟件中的切層算法會將尺寸整數(shù)化到最接近的層厚數(shù)。在最壞的情形下，一端的表面往下整數(shù)化而另一端向上，高度可能偏離一個層厚。對于典型的FDM參數(shù)，這可能會產(chǎn)生的誤差至少為0.127mm。

尺寸的穩(wěn)定性是FDM原型的關(guān)鍵優(yōu)勢，如同SLS技術(shù)，時間與環(huán)境的曝曬都不會改變工件的尺寸或其他的特征。一但原型從FDM系統(tǒng)分離，當(dāng)它達(dá)到室內(nèi)溫度后，尺寸是固定不變的。如果溫度度數(shù)變化，用SLA 或是PolyJet技術(shù)則不是這樣的情形。

表面精度
FDM技術(shù)最明顯的限制就是表面完工精度。由于是半熔融狀態(tài)塑料擠制成型，表面完工精度比SLA與PolyJet還要粗糙，而與SLS不相上下。當(dāng)由較小的線材寬度與較薄的層厚來改進(jìn)表面完工精度時，仍然可以在頂端，底面，以及側(cè)墻看出經(jīng)過擠壓噴嘴的等高線輪廓與建構(gòu)層厚。為了改善表面完工精度，3D打印機(jī)廠商在層厚技術(shù)點(diǎn)上取得了突破，最小可以提供0.127 mm層厚。

使用者發(fā)現(xiàn)工件的成型方向，可以滿足考慮表面完工精度需求。這些要求較高完工精度的表面通常以垂直方向成型。較不重要的表面通常以水平方向成型，就像是底端或是頂端的表面。如同其它技術(shù)，二次加工(后處理輸出)可以用來使之相同。然而，ABS與polycarbonate材料的硬度讓打磨耗費(fèi)人力。使用者通常使用溶劑或用是粘結(jié)劑完成或是預(yù)備用打磨。商業(yè)上可用的這些介質(zhì)包含有熔接，ABS快干膠，Acetone 以及two-part epoxies。要符合足夠的精度，F(xiàn)DM技術(shù)與競爭對手的產(chǎn)品都可以提供翻硅膠模用或是噴漆用的表面。這關(guān)鍵的差異是要花費(fèi)多少時間才能達(dá)到要求的結(jié)果。

加工限制

盡管高端的FDM系統(tǒng)可以生產(chǎn)較小的特征，大多數(shù)FDM原型的最小特征尺寸受限于兩倍線材寬度。沒有使用者的介入，F(xiàn)DM技術(shù)使用的”closed path”選項(xiàng)會限制最小特征尺寸為兩倍擠壓成型噴組的寬度。對于一般噴嘴與建造參數(shù)而言，最小特征尺寸范圍從0.4到 0.6 mm。盡管大于SLA與PolyJet的最小特征尺寸，但是該范圍是與這些技術(shù)的可用最小特征尺寸相同。

SLA技術(shù)可以建造小到0.08 (Viper si2機(jī)種)或0.25 mm (所有機(jī)種)，以及PolyJet技術(shù)可以建造小到0.04mm，幾乎很少原型會用到這些極小值的優(yōu)勢來作最小的細(xì)節(jié)?？紤]到材料屬性，通常發(fā)現(xiàn)SLA技術(shù)與PolyJet技術(shù)的原型常用最小特征尺寸為0.5mm。FDM技術(shù)的最小特征尺寸相等于或是優(yōu)于SLS技術(shù)的0.6到 0.8 mm。由于材料屬性相似于注塑成型的ABS或是polycarbonate，F(xiàn)DM技術(shù)可以給予功能性特征尺寸在0.4到 0.6 mm范圍中。

環(huán)境抵抗力

FDM原型提供的材料性質(zhì)相似于熱塑性材料。這包含了環(huán)境的與化學(xué)的曝曬。對ABS材料而言，使用者可以實(shí)驗(yàn)他們的原型在93度的溫度下以及包含石油，汽油以及甚至某些酸類等的化學(xué)媒介。一關(guān)鍵的考慮為水氣的曝曬，包括浸沒與濕氣。SLA技術(shù)與PolyJet技術(shù)使用的光敏樹脂對于潮濕水氣敏感且會受到傷害。暴曬在水中或是濕氣中不只會影響原型的機(jī)械屬性，也會影響尺寸精度。當(dāng)光敏樹脂的原型吸收了水氣之后，他們將會開始軟化并且變的有點(diǎn)易于彎曲。而且，工件會有翹曲或是膨脹的傾向，這會嚴(yán)重影響尺寸的精度。FDM技術(shù)的原型，以及SLS技術(shù)的原型，都不受濕氣影響，所以他們可以保持原有的機(jī)械屬性以及尺寸精度。

后期加工

FDM原型可以進(jìn)行銑床加工，鉆孔，研磨，車床加工等。為了補(bǔ)償表面精度不足并加強(qiáng)特征細(xì)節(jié)，當(dāng)有特殊的品質(zhì)需求時，使用者通常會進(jìn)行二次加工來提升原型的細(xì)節(jié)。